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Cuando se trata de bioelectrónica, los investigadores universitarios desarrollan continuamente tecnología para mejorar la calidad de vida de las personas con diversos problemas como parálisis, sordera y ceguera.
Una forma de combatir la pérdida de la visión, en particular, son las retinas artificiales; uno de los primeros casos fue el implante Argus II en 2007. A partir de 2018, Second Sight Medical (diseñadores del Argus II) afirma que se han utilizado más de 300 dispositivos Argus II implantado con éxito en todo el mundo.

El Argus II es un subproducto de más de 10 años de I + D. Imagen utilizada por cortesía de Second Sight Medical

Recientemente, varias universidades se han acercado a las retinas artificiales por separado, publicando investigaciones de laboratorio sobre tecnología que podrían conducir a ensayos en humanos en el futuro.

Principios básicos de las retinas artificiales

Para comprender los principios básicos que subyacen a las retinas artificiales, puede ser útil evaluar primero los principios de funcionamiento de Argus II de Second Sight Medical, la única retina artificial aprobada por la FDA (2013).
Los impulsos eléctricos se generan basándose en los datos de posprocesamiento de un sistema de cámara con gafas, que luego se imprime en los electrodos que se han colocado quirúrgicamente dentro de la retina del paciente.

Un diagrama de alto nivel de cómo funciona un implante de retina. Imagen utilizada por cortesía del Departamento de Energía de EE. UU.

Estas señales eléctricas interactúan con los "circuitos" biológicos restantes, los grupos de ganglios, en el ojo para transmitir el estímulo al cerebro. Gran parte de la investigación procedente de universidades parece modelar parámetros similares diseñados para combatir la retinitis pigmentosa.
Por ejemplo, los investigadores de la EPFL (École Polytechnique Fédérale de Lausanne) en Suiza han estado desarrollando un implante de retina que consta de 10.500 puntos de luz (píxeles), proporcionando una matriz de electrodos de alta resolución con un campo de visión de casi 43 grados (una métrica clave). para navegar con seguridad por visión, según su investigación).

La (a) prótesis de alta densidad diseñada por investigadores de la EPFL, con un área de trabajo activa de 13 mm de diámetro, contiene cerca de (b) 10.500 píxeles fotovoltaicos. Imagen utilizada cortesía de Chenais et al.

Stanford se centra en la densidad de los electrodos

Los investigadores de Stanford afirman que las soluciones actuales en el mercado, a saber, el Argus II, no abordan un problema importante en la activación de las células ganglionares.

La investigación de Stanford indica que varios grupos de células ganglionares son responsables de diferentes aspectos visuales y deben activarse individualmente. Imagen cortesía de Stanford Medical

Los grandes electrodos que se utilizan actualmente, entre 50 μm y 500 μm, activan grupos de células en conjunto, lo que confunde las señales del cerebro. Esto da como resultado una restauración limitada de la visión.

El sistema de Stanford para una retina artificial, que comparte elementos de diseño característicos con alternativas, como gafas con cámara incorporada, capacidad de procesamiento y transferencia inalámbrica a la retina. Imagen utilizada por cortesía de Stanford Medicine

En lugar de estos electrodos grandes, los investigadores proponen usar electrodos variantes de 10 μm que pueden excitar una pequeña cantidad de células en la región epirretiniana del ojo (donde reside el ganglio mayormente intacto).

¿Es suficiente la mímica ocular para reemplazar los ojos?

Los investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST) han tomado un camino claramente divergente con respecto a los candidatos de investigación anteriores y han generado un ojo biónico artificial compuesto de elementos análogos a un ojo real.
Los investigadores de HKUST creen que esta estructura de lente agudiza el enfoque de la lente debido a que la forma de la cúpula reduce el efecto de propagación de la luz en comparación con un sensor plano (como en las cámaras de imagen), al igual que el ojo humano.
En mayo pasado, la revista Nature proporcionó un informe de comentarios sobre la investigación de HKUST sobre el ojo biónico. El estudio indicó que este ojo tiene una respuesta de sensibilidad fotorreceptora comparable a la del ojo humano.
Esta sensibilidad se debe principalmente al nuevo uso de materiales de perovskita, que tienen propiedades favorables en la próxima generación de señales optoelectrónicas.

Diseño conceptual de HKUST de un ojo biónico. Imagen utilizada por cortesía de Gu et al y Nature.

Los nanocables presentes dentro de la retina artificial actúan como fotorreceptores para transmitir información a lo largo de los cables de metal líquido (análogos a las fibras nerviosas). En un video publicado por HKUST, los investigadores demostraron cómo el ojo biónico posee la capacidad de fotorrecepción, es decir, una capacidad impresionante para distinguir las letras presentes en la pantalla de una computadora portátil a pesar de la resolución ocular limitada.

Superar los desafíos del diseño hoy significa tener una visión más clara mañana

Para estos grupos de investigación, superar los desafíos biológicos y de diseño podría significar un futuro en el que la visión funcional sea posible para todos.
Además de los largos tiempos de espera para los ensayos médicos en humanos, la investigación en EPFL se enfrenta a problemas de fabricación con píxeles agrietados durante la unión a la forma hemisférica. Según el equipo de investigación, problemas adicionales, como el potencial de diafonía entre píxeles y el requisito de estimulación de células de un solo ganglio por píxeles individuales, también son limitaciones.
Stanford reconoce una serie de preguntas que necesitan respuesta para avanzar en su investigación, muchas de las cuales se centran en la codificación de señales al cerebro y los patrones de activación específicos de las células ganglionares. Esperan modelar algunos de estos problemas con avances en el aprendizaje automático.
Finalmente, el equipo de HKUST tiene varios problemas que superar, incluido un proceso de fabricación costoso y una resolución ocular limitada: una gran brecha de 200 μm entre los píxeles, que limita la región de detección de luz.

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